Arduino Due Arbitrary Waveform Generator

เอาต์พุตแอนะล็อกบริสุทธิ์: Arbitrary Waveform Generator

Arduino Uno ทั่วไปไม่เหมาะกับการสร้างเสียงเลย มันจะส่ง "Square Wave PWM" ออกมา ซึ่งเป็นพัลส์ที่รุนแรงและเป็นบล็อกขนาด 5V หรือ 0V ส่วน Arbitrary Waveform Generator นี้จะต้องใช้ Arduino Due ที่ขับเคลื่อนด้วย ARM แบบ 32-bit โดยอาศัยขุมพลังที่ซ่อนอยู่ของมัน นั่นคือ True Analog Digital-to-Analog Converter (DAC)

ข้อดีของ Hardware DAC

Arduino Due มีขา DAC เฉพาะสองขา

1. แตกต่างจาก PWM ของ Uno ที่จะปล่อยพัลส์ 5V อย่างรวดเร็วเพื่อ "หลอก" ให้ได้แรงดันไฟฟ้าที่ต่ำกว่า
2. DAC ของ Due จะส่งเอาต์พุตแรงดันไฟฟ้าที่เป็นจริง, เรียบเนียน และปรับค่าได้!
3. หากคุณพิมพ์ analogWrite(DAC0, 100); Due จะส่งเอาต์พุต 1.2 Volts DC ที่ราบเรียบและสะอาดหมดจด
4. หากคุณเชื่อมต่อสิ่งนี้เข้ากับ oscilloscope คุณจะเห็นเส้นที่ไร้ที่ติ แทนที่จะเป็นบล็อกพัลส์ที่หยักและมีสัญญาณรบกวน

การสร้างด้วย Direct Memory Access (DMA)

ในการวาด "Sine Wave" ที่สมบูรณ์แบบบน oscilloscope คุณจะต้องเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของ DAC นับพันครั้งต่อวินาที (เช่น 0.1V -> 0.2V -> ... -> 3.3V -> 3.2V)

• การทำเช่นนี้ด้วย for loop ทั่วไปใน C++ นั้นช้าเกินไปและจะสร้างคลื่น Sine Wave ที่หยัก
• คุณต้องใช้ Lookup Tables โดยคุณจะคำนวณจุดแรงดันไฟฟ้า 256 จุดของ Sine Wave ล่วงหน้าและจัดเก็บไว้ใน array ในหน่วยความจำ
• คุณกำหนดค่า DMA Controller ภายในชิป ARM เพื่อให้ข้ามการทำงานของโปรเซสเซอร์หลักโดยสิ้นเชิง โดยจะส่งจุด array ทั้ง 256 จุดนั้นไปยังชิป DAC โดยตรงโดยอัตโนมัติถึง 44,000 ครั้งต่อวินาที!

ฮาร์ดแวร์ทางวิศวกรรมที่จำเป็น

• Arduino Due (32-bit ARM Cortex-M3): Uno หรือ Nano 8-bit ทั่วไปไม่สามารถทำโปรเจกต์นี้ได้โดยตรง หากไม่ซื้อชิป I2C DAC ภายนอก!
• An Oscilloscope: เพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์แบบของคลื่นที่คุณสร้างขึ้นด้วยสายตา
• Op-Amps (เช่น LM358) หากคุณต้องการขยายคลื่น 3.3V ของ Due ให้สูงถึงมาตรฐาน 12V ของ synthesizer!